CTA 報告106:
CTA大口径望遠鏡初号機用カメラ試験
猪目祐介A, 石尾一馬B,E, 梅津陽平C, 大岡秀行B, 奥村曉D,E, 小野祥弥F, 折戸玲子G,片桐秀明F, 掃部寛隆A, 櫛田淳子C, 窪秀利H, 郡司修一I, 小山志勇J, 今野裕介H,齋藤隆之H, 高橋光成B, 武田淳希I, 田中真伸K, 谷川俊介H, 辻本晋平C, 手嶋政廣B,E,友野弥生C, 中嶋大輔B, 中森健之I, 永吉勤J, 西嶋恭司C, 畑中謙一郎H, 林田将明B,増田周H, 松岡俊介J, 山本常夏A, 吉田龍生F, DANG VIET TANF,
Daniela HadaschB, Daniel MazinB, 他CTA-Japan consortium.
甲南大理工A, 東大宇宙線研B, 東海大理C, 名大ISEED, Max-Planck-Inst. fuer Phys.E,茨城大理F, 徳島大総科G, 京大理H, 山形大理I, 埼玉大理J, KEK 素核研K

’16.03.22 日本物理学会・東北学院大学（泉キャンパス）CTA大口径望遠鏡（Large-sized Telescope, LST）
• 2016年中の建設及び稼動に向けて、研究・開発が進められている。

仕様
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反射鏡口径 23m
望遠鏡重量 100トン
高速回転 180°/20秒
南北各サイトに４台建設（1台目のLSTは2016年に建設予定）• 20GeV – 1TeVのガンマ線を観測する

180deg/20sec.
28m~100ton~100ton

One module= 7 PMTs

1855Pixels.
(265 modules)
Effective diameter=2.2m-1-23mPMT Ｍｏｄｕｌｅ
Light Guide x 7
PMT UNIT x 7
Slow Control Board

Front-end board
Back Plane
Dragon V5board-2-LST カメラ読み出し回路
求められる回路性能• PMTからの微弱な信号を識別できる高ゲインかつ高S/N比GHzの高速サンプリングと、4μsバッファ能力及びアナログsumトリガー• 高速かつ低コスト・低消費電力なサンプリング能力
高価かつ消費電力の高いFlashADCではなく、キャパシタアレイによるアナロ
グメモリサンプリング方式の採用
stop

PMT 1･･････

Analogue
Memories

PMT 2ADCPMT n･･･

Trigger

FIFO
bufferEthernet DATAInterface Monitoring
Slow
Control
Monitoring

FPGA-3-Clock

Trigger
Trigger Acc

Front-end board (Dragon V5)
Main AMP

Power Supply

1ch*2chip2ch 1chip

3.3V電源の電圧改善-4-

Front-end board (Dragon V5)
CTA大口径望遠鏡２号機以降に向けた改良検討項目
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FPGA Spartan-6から変更
トリガーボードの吸収支持フレームの再設計を考慮した基板デザイン変更
Time Calibration用オシレータの追加
温度モニタ用のセンサーを追加
電源モニタ用のADCを追加
基板上のインジケータLEDのON/OFF切り替え機構を追加
ユニバーサルなテストピンの追加
信号ラインにDelay chipを追加
電源・パスコンの改善-5-ＰＭＴ性能評価測定 (PMT Calibration Campaign)

東京大学 宇宙線研究所
High speedPulser

測定項目• HV – Gain Curve• After pulse Rate
• Pulse Width• F-Factor

ダイナミックレンジに影響
ノイズに影響
望遠鏡運用後の較正に使用-6-

性能評価装置の光源開発
UV Optical Pulser

Filter Wheel

FWHM < 1nsの高速性能を実現

3桁の減光制御を実現

JPS(15/3)～920ps～285ps

今回、出力3倍化の改修を行った。
高速なBiplanar Phototubeを用いて出力パルス光を測定しなおした。

Biplanar Phototube
HAMAMATSU R1328U-7-

PMT2000本測定結果
Supply Voltage(gain=4x104)

Q.E.

Number of PMTs [pieces]300

200150100Pulse Width(Gain=4x104)

After Pulse rate

47464544434241403938373635340

Voltage[V]

Q.E.[%]

平均
0.003%
Number of PMTs

平均2.72ns

Number of PMTs

平均41%

5033

平均
1066V

32

Number of PMTs

250980 – 1157V
３本が範囲外要求値
2.5 – 3.0ns

After Pulse Probability[%]

FWHM[ns]-8-

PMT性能評価測定 まとめ• 2000本に及ぶPMTの性能評価測定を完了した。
• CTA大口径望遠鏡初号機用PMTの動作試験と性能評価を行い、測定と解析データをデータベース化した。
• これにより望遠鏡の今後の開発・較正・運用・品質管理において活用が期待される。
• 測定を行ったPMT2015本の内1988本が正常に動作し、要求を満たしていることを確認した。
（破損や動作不良、ゲインの再調整が必要なPMTは改善を行う）
要求平均値

全分布

V4e4

1066V

980 – 1157V

F-Factor(F2)1.22

1.16 – 1.38

2.72ns

2.2 – 3.5ns

Pulse width

平均2.5 – 3.0ns

AfterPulse発生率 <0.02%

0.003%-9-

MiniCamera性能評価• PMT単体での性能評価を行った結果によって振り分けた7本のPMTを束ねて、後段のエレクトロニクスと接続したModuleを組み立てる。
• 実際の望遠鏡と同様にMiniCameraホルダーに搭載し、カメラとしての性能評価を行う。

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MiniCameraホルダー• 実際のカメラには265台のPMT Moduleが取り付けられるが、MiniCameraホルダーは19台の同時測定が可能である。
←MiniCameraホルダー ↓実際のLST Cameraホルダー- 11 -

MiniCamera性能評価項目• 取り付け時の干渉や組み立てを検証するメカニカルテスト• PMT Moduleの動作確認と、DragonのDRS4によるPMT性能評価の再現性、SCBによる情報取得、サンプリングテスト• 複数のPMT Moduleの同時運用とトリガーテスト、ノイズチェック。
• 電源とLANスイッチングハブを交換してクラスターコントロール（通信テスト）• その他、ハードウェアやエレクトロニクスについて不具合の有無をチェック。

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Camera Schedule
３月末
MiniCamera test
35PMT Modules calibration

７月末
MiniCamera test
115 PMT Modulescalibration

280 Light Guides

4月末

Camera組み立て
＠スペイン

35 PMT Modules
スペインに発送
6月末
三菱ﾚｲﾖﾝ紫外線透過型アクリル
窓の加工窯を製作

6mm厚30枚製造(２５０万円)- 13 -10枚を選定してスペインに発送

カメラ試験まとめ• 約2000本のPMTの性能評価測定と、結果のデータベース化が完了している。
• PMTと読み出し回路を組み合わせたPMT Moduleを組み立てて、電気的試験や複数のPMT Moduleを組み合わせた実運用を想定した試験を行う予定。
• Frond-end board(Dragon)の改良項目の検討と策定を行う。
• スペインでのCamera組み立てに向けて、日本からは性能評価測定の完了したPMT Moduleとアクリル窓の用意を行う。

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